- положительный электрод
- отрицательный электрод
- аккумулятор
(серная кислота практически диссоциирует только на ионы Н+ и HSO₄-).
При разряде аккумулятора расходуется серная кислота, а на обоих электродах образуется малорастворимый сульфат свинца.
Напряжение разомкнутой цепи (в вольтах) свинцового аккумулятора совпадает с термодинамическим ЭДС и равно при 25°C
(с точностью ±0,002 В), где aH₂SO₄ - активность серной кислоты и аН₂О - активность воды.
Зависимость активности серной кислоты и воды, а также значение ЭДС от плотности раствора приведены в табл. 7.1.
Химическая реакция в аккумуляторе сопровождается отдачей электрической энергии до тех пор, пока разнородные вещества двух разноименных пластин (перекись свинца на положительном электроде и губчатый свинец на отрицательном), взаимодействуя с кислотой электролита, не преобразуются в однородное вещество - сульфат. Этот химический процесс, сопровождаемый выделением электрического тока, называется разрядкой аккумулятора.
Разряженный аккумулятор после зарядки снова восстанавливает способность к отдаче электрической энергии потребителям.
Таблица 7.1
| Плотность раствора, г/см³ | Активность серной кислоты | Активность воды | ЭДС Е, В |
| 1,050 | 0,0069 | 0,96 | 1,922 |
| 1,078 | 0,021 | 0,94 | 1,951 |
| 1,106 | 0,060 | 0,91 | 1,979 |
| 1,136 | 0,159 | 0,88 | 2,005 |
| 1,167 | 1,124 | 0,84 | 2,031 |
| 1,200 | 1,14 | 0,78 | 2,059 |
| 1,231 | 3,28 | 0,72 | 2,088 |
| 1,264 | 10,8 | 0,65 | 2,121 |
| 1,300 | 34,6 | 0,57 | 2,154 |
| 1,334 | 118 | 0,48 | 2,190 |
Кислотная аккумуляторная батарея собирается в баке (моноблоке), корпус 1 (рис. 7.1) которого изготовлен из эбонита или кислотостойкой пластмассы. Бак разделен непроницаемыми перегородками на секции, в которых размещены шесть последовательно соединенных аккумуляторов напряжением по 2 В каждый. Крышка 2, общая для всего корпуса, также изготовлена из кислотостойкой пластмассы (пропилена) и приварена к корпусу. В ней имеется шесть отверстий для заливки электролита и контроля его уровня. Отверстия закрыты пробкой 6. В пробке имеется вентиляционное отверстие.
Рис. 7.1.
В каждом аккумуляторе находится блок из поочередно расположенных положительных 9 и отрицательных 10 пластин. Пластины одинаковой полярности собраны в полублоки и приварены к общим пластинам - бареткам.
На рисунке использованы следующие обозначения: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - положительный вывод; 4 - межэлементное соединение; 5 - отрицательный вывод; 6 - пробка; 7 - индикатор для проверки уровня электролита; 8 - сепаратор; 9, 10 - положительная и отрицательная пластины.
Каждая пластина состоит из решетки, отлитой из сплава свинца (с добавлением кальция) с малым содержанием сурьмы. Благодаря этому замедляется процесс саморазряда батареи и уменьшается разложение электролита в конце заряда. Ячейки решетки заполнены активной пористой массой, приготовленной на водном растворе серной кислоты из окислов свинца - свинцового сурика (Pb₃O₄) и свинцового гнета (PbO) - для положительных пластин.
Между пластинами в блоках установлены сепараторы 8 из микропористой пластмассы (мипор, мипласт, поливинилхлорид). Они служат для изоляции разноименных пластин друг от друга, а также для исключения вибрации пластин при тряске. Малая толщина и большая пористость сепараторов уменьшают внутреннее сопротивление батареи и позволяют получить большой разрядный ток.
Аккумуляторы соединяются между собой последовательно свинцовыми перемычками 4. Полюсные штыри 3 и крайних аккумуляторов (плюсовой и минусовой) предназначены для включения батареи в цепь электрооборудования автомобиля.
Заводы выпускают аккумуляторные батареи с сухими заряженными пластинами. Для приведения новых аккумуляторных батарей в рабочее состояние достаточно залить в аккумуляторы электролит нужной плотности (табл. 7.2). Электролит приготавливают из аккумуляторной (химически чистой) серной кислоты и дистиллированной воды. В исключительных случаях для приготовления электролита может быть использована дождевая вода или растопленный чистый снег. Запрещается составлять электролит из дождевой воды, собранной со стоков крыш или из снега, растопленного в металлических не свинцовых сосудах. Запрещается при составлении электролита пользоваться технической серной кислотой, т.к. она содержит вредные примеси, разрушающие аккумулятор.
Таблица 7.2
| Климатический район (средняя месячная температура воздуха в январе,°C) | Время года | Полностью заряженная батарея | Батарея разряжена на 25%, на 50 % |
| очень холодный (от -50 до -30) | зима лето | 1,30 1,28 | 1,26 1,22 1,24 1,20 |
| холодный (от -30 до -15) | круглый год | 1,28 | 1,24 1,20 |
| умеренный (от -15 до -8) | круглый год | 1,27 | 1,23 1,19 |
| теплый влажный (от 0 до +4) | круглый год | 1,23 | 1,19 1,15 |
| жаркий сухой (от +15 до +40) | круглый год | 1,21 | 1,17 1,13 |
Приготовление электролита осуществляется в кислотоупорной посуде (свинцовой, керамической, пластмассовой) путем вливания кислоты в воду. Категорически запрещается заливать воду в кислоту, так как при этом процесс соединения будет происходить на поверхности, вызывая резкое повышение температуры электролита и обильное разбрызгивание кислоты, что может причинить ожоги тела. В случае попадания серной кислоты на кожу нужно до оказания квалифицированной медицинской помощи осторожно ватой снять кислоту и промыть пораженное место струей воды, а затем 10%-ным раствором соды или нашатырного спирта.
Соотношение кислоты и воды для получения электролита соответствующей плотности дается в табл. 7.3.
Таблица 7.3
| Плотность электролита, приведенная к 15°C, г/см³ | На 1 л воды добавить серной кислоты плотностью 1,83 г/см³, л |
| 1,23 | 0,280 |
| 1,25 | 0,310 |
| 1,27 | 0,345 |
| 1,29 | 0,385 |
В новые аккумуляторные батареи перед их зарядом заливают электролит плотностью на 0,02 г/см³ меньше той, которая должна быть в конце заряда для данной климатической зоны (см. табл. 7.2). Температура электролита, заливаемого в аккумуляторы, должна быть не ниже +15°C и не выше +25°C.
Не ранее чем через 20 минут и не позже чем через 2 часа после заливки электролита необходимо произвести контроль плотности электролита. Если плотность электролита понизится не более чем на 0,03 г/см³ против плотности заливаемого электролита, то батарею можно сдать в эксплуатацию без заряда. Если же плотность электролита понизится более чем на 0,03 г/см³, то батарею обязательно надо зарядить. Но желательно все же заряжать батарею в любом случае.
Уровень электролита должен находиться между метками "MIN" и "МАХ", нанесенными на полупрозрачный корпус аккумуляторной батареи. Если меток нет, то уровень должен быть на 5...10 мм выше края сепараторов. Он не должен подниматься выше нижнего края индикатора 7 (см. рис. 7.1). При эксплуатации батареи уровень электролита постепенно понижается, так как испаряется вода, входящая в его состав. Для восстановления уровня электролита необходимо доливать только дисцилированную воду. Если точно установлено, что причиной низкого уровня является выплескивание, то необходимо доливать электролит той же плотности, что и оставшийся в аккумуляторе.
Уровень электролита необходимо проверять через каждые 10-15 дней, а в жаркое время года чаще - через 5-6. Замерять уровень лучше всего стеклянной трубкой.
По плотности электролита судят о степени заряженности батареи. Чем ниже плотность, тем сильнее разряжена батарея. Уменьшение плотности на 0,01 по сравнению с первоначальной означает, что батарея разрядилась примерно на 6%. Точную информацию о плотности электролита, а значит и о степени заряженности батареи, можно получить, проверяя плотность электролита ареометром или плотномером (рис. 7.2). Трубка 1 ареометра (рис. 7.2,а) опускается в аккумулятор и грушей 3 набирается в колбу 2 электролит, пока поплавок 4 не всплывет: деление до которого погрузился поплавок, покажет плотность электролита. При измерении плотности плотномером (рис. 7.2,б) плотность электролита определяется по всплывшему поплавку с наибольшей цифрой.
Рис. 7.2.
Плотность электролита зависит от температуры: с изменением ее на каждые 15°C плотность изменяется на 0,01 г/см³. Поэтому, если температура электролита выше или ниже +25°C, то необходимо прибавить к показанию ареометра или отнять от него температурную поправку, указанную в табл. 7.4.
Таблица 7.4
| Температура электролита,°C | Поправка, г/см³ |
| от -40 до -26 | -0,04 |
| от -25 до -11 | -0,03 |
| от -10 до +4 | -0,02 |
| от +5 до +4 | -0,01 |
| от +20 до +30 | 0 |
| от +31 до +45 | +0,01 |
Чтобы избежать ошибочных результатов, не следует измерять плотность электролита:
- если его уровень не соответствует норме;
- после доливания дистиллированной воды. Следует переждать, пока электролит перемешается;
- после нескольких включений стартера.
Номинальной емкостью аккумулятора называется количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор при разряде током 20-часового режима, температуре электролита 30°C и начальной его плотности 1,28 г/см³ до напряжения 1,7 В. Емкость измеряется в ампер-часах (А·ч). При понижении температуры электролита емкость уменьшается примерно на 1% на каждый градус. Например, если номинальная емкость батареи (при 30°C) равна 55 А·ч, то при температуре электролита 0 С она уменьшается на 30% и составит 38 А·ч, а при температуре минус 20°C будет только 27 А·ч. С понижением температуры увеличивается вязкость электролита, и он не проникает глубоко в пары активной массы пластин. Поэтому в реакции участвуют только верхние слои активной массы, что и является причиной уменьшения емкости. С увеличением силы разрядного тока на поверхности пластин образуются крупные кристаллы сульфата свинца, которые препятствуют контакту активной массы с электролитом, а поэтому уменьшается емкость батареи. Так, при разряде батареи емкостью 55 А·ч силой тока 180 А при температуре минус 20°C она отдаст только 9 А·ч.
Аккумуляторные батареи имеют обозначения, определяющие их характеристику. Так, на автомобилях "Москвич" и ЗАЗ устанавливается аккумуляторная батарея 6СТ-55ЭР, на ВАЗ-2105 - 6СТ-55П, а на ГАЗ-24 - батарея 6СТ-60ЭМ. В маркировке первая цифра обозначает число аккумуляторов в батарее, буквы СТ - батарея стартерного типа, число букв - номинальную емкость батареи в А·ч. Последняя буква обозначает материал бака (Э - эбонит, П - пластмасса) и материал сепараторов (Р - мипор, М - мипласт).
В последнее время на легковые автомобили устанавливают аккумуляторные батареи 6СТ-55, которые не разбираются, а также "малообслуживаемые" 6СТ-55А (см. рис. 7.1).